lib/Analysis/LazyValueInfo.cpp

   1 //===- LazyValueInfo.cpp - Value constraint analysis ----------------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file defines the interface for lazy computation of value constraint
  11 // information.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #define DEBUG_TYPE "lazy-value-info"
  16 #include "llvm/Analysis/LazyValueInfo.h"
  17 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
  18 #include "llvm/Constants.h"
  19 #include "llvm/Instructions.h"
  20 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  21 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
  22 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  23 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
  24 #include "llvm/Support/CFG.h"
  25 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
  26 #include "llvm/Support/Debug.h"
  27 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
  28 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  29 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
  30 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
  31 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  32 #include <map>
  33 #include <stack>
  34 using namespace llvm;
  35 using namespace PatternMatch;
  36
  37 char LazyValueInfo::ID = 0;
  38 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LazyValueInfo, "lazy-value-info",
  39                 "Lazy Value Information Analysis", false, true)
  40 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
  41 INITIALIZE_PASS_END(LazyValueInfo, "lazy-value-info",
  42                 "Lazy Value Information Analysis", false, true)
  43
  44 namespace llvm {
  45   FunctionPass *createLazyValueInfoPass() { return new LazyValueInfo(); }
  46 }
  47
  48
  49 //===----------------------------------------------------------------------===//
  50 //                               LVILatticeVal
  51 //===----------------------------------------------------------------------===//
  52
  53 /// LVILatticeVal - This is the information tracked by LazyValueInfo for each
  54 /// value.
  55 ///
  56 /// FIXME: This is basically just for bringup, this can be made a lot more rich
  57 /// in the future.
  58 ///
  59 namespace {
  60 class LVILatticeVal {
  61   enum LatticeValueTy {
  62     /// undefined - This Value has no known value yet.
  63     undefined,
  64
  65     /// constant - This Value has a specific constant value.
  66     constant,
  67     /// notconstant - This Value is known to not have the specified value.
  68     notconstant,
  69
  70     /// constantrange - The Value falls within this range.
  71     constantrange,
  72
  73     /// overdefined - This value is not known to be constant, and we know that
  74     /// it has a value.
  75     overdefined
  76   };
  77
  78   /// Val: This stores the current lattice value along with the Constant* for
  79   /// the constant if this is a 'constant' or 'notconstant' value.
  80   LatticeValueTy Tag;
  81   Constant *Val;
  82   ConstantRange Range;
  83
  84 public:
  85   LVILatticeVal() : Tag(undefined), Val(0), Range(1, true) {}
  86
  87   static LVILatticeVal get(Constant *C) {
  88     LVILatticeVal Res;
  89     if (!isa<UndefValue>(C))
  90       Res.markConstant(C);
  91     return Res;
  92   }
  93   static LVILatticeVal getNot(Constant *C) {
  94     LVILatticeVal Res;
  95     if (!isa<UndefValue>(C))
  96       Res.markNotConstant(C);
  97     return Res;
  98   }
  99   static LVILatticeVal getRange(ConstantRange CR) {
 100     LVILatticeVal Res;
 101     Res.markConstantRange(CR);
 102     return Res;
 103   }
 104
 105   bool isUndefined() const     { return Tag == undefined; }
 106   bool isConstant() const      { return Tag == constant; }
 107   bool isNotConstant() const   { return Tag == notconstant; }
 108   bool isConstantRange() const { return Tag == constantrange; }
 109   bool isOverdefined() const   { return Tag == overdefined; }
 110
 111   Constant *getConstant() const {
 112     assert(isConstant() && "Cannot get the constant of a non-constant!");
 113     return Val;
 114   }
 115
 116   Constant *getNotConstant() const {
 117     assert(isNotConstant() && "Cannot get the constant of a non-notconstant!");
 118     return Val;
 119   }
 120
 121   ConstantRange getConstantRange() const {
 122     assert(isConstantRange() &&
 123            "Cannot get the constant-range of a non-constant-range!");
 124     return Range;
 125   }
 126
 127   /// markOverdefined - Return true if this is a change in status.
 128   bool markOverdefined() {
 129     if (isOverdefined())
 130       return false;
 131     Tag = overdefined;
 132     return true;
 133   }
 134
 135   /// markConstant - Return true if this is a change in status.
 136   bool markConstant(Constant *V) {
 137     assert(V && "Marking constant with NULL");
 138     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
 139       return markConstantRange(ConstantRange(CI->getValue()));
 140     if (isa<UndefValue>(V))
 141       return false;
 142
 143     assert((!isConstant() || getConstant() == V) &&
 144            "Marking constant with different value");
 145     assert(isUndefined());
 146     Tag = constant;
 147     Val = V;
 148     return true;
 149   }
 150
 151   /// markNotConstant - Return true if this is a change in status.
 152   bool markNotConstant(Constant *V) {
 153     assert(V && "Marking constant with NULL");
 154     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
 155       return markConstantRange(ConstantRange(CI->getValue()+1, CI->getValue()));
 156     if (isa<UndefValue>(V))
 157       return false;
 158
 159     assert((!isConstant() || getConstant() != V) &&
 160            "Marking constant !constant with same value");
 161     assert((!isNotConstant() || getNotConstant() == V) &&
 162            "Marking !constant with different value");
 163     assert(isUndefined() || isConstant());
 164     Tag = notconstant;
 165     Val = V;
 166     return true;
 167   }
 168
 169   /// markConstantRange - Return true if this is a change in status.
 170   bool markConstantRange(const ConstantRange NewR) {
 171     if (isConstantRange()) {
 172       if (NewR.isEmptySet())
 173         return markOverdefined();
 174
 175       bool changed = Range != NewR;
 176       Range = NewR;
 177       return changed;
 178     }
 179
 180     assert(isUndefined());
 181     if (NewR.isEmptySet())
 182       return markOverdefined();
 183
 184     Tag = constantrange;
 185     Range = NewR;
 186     return true;
 187   }
 188
 189   /// mergeIn - Merge the specified lattice value into this one, updating this
 190   /// one and returning true if anything changed.
 191   bool mergeIn(const LVILatticeVal &RHS) {
 192     if (RHS.isUndefined() || isOverdefined()) return false;
 193     if (RHS.isOverdefined()) return markOverdefined();
 194
 195     if (isUndefined()) {
 196       Tag = RHS.Tag;
 197       Val = RHS.Val;
 198       Range = RHS.Range;
 199       return true;
 200     }
 201
 202     if (isConstant()) {
 203       if (RHS.isConstant()) {
 204         if (Val == RHS.Val)
 205           return false;
 206         return markOverdefined();
 207       }
 208
 209       if (RHS.isNotConstant()) {
 210         if (Val == RHS.Val)
 211           return markOverdefined();
 212
 213         // Unless we can prove that the two Constants are different, we must
 214         // move to overdefined.
 215         // FIXME: use TargetData/TargetLibraryInfo for smarter constant folding.
 216         if (ConstantInt *Res = dyn_cast<ConstantInt>(
 217                 ConstantFoldCompareInstOperands(CmpInst::ICMP_NE,
 218                                                 getConstant(),
 219                                                 RHS.getNotConstant())))
 220           if (Res->isOne())
 221             return markNotConstant(RHS.getNotConstant());
 222
 223         return markOverdefined();
 224       }
 225
 226       // RHS is a ConstantRange, LHS is a non-integer Constant.
 227
 228       // FIXME: consider the case where RHS is a range [1, 0) and LHS is
 229       // a function. The correct result is to pick up RHS.
 230
 231       return markOverdefined();
 232     }
 233
 234     if (isNotConstant()) {
 235       if (RHS.isConstant()) {
 236         if (Val == RHS.Val)
 237           return markOverdefined();
 238
 239         // Unless we can prove that the two Constants are different, we must
 240         // move to overdefined.
 241         // FIXME: use TargetData/TargetLibraryInfo for smarter constant folding.
 242         if (ConstantInt *Res = dyn_cast<ConstantInt>(
 243                 ConstantFoldCompareInstOperands(CmpInst::ICMP_NE,
 244                                                 getNotConstant(),
 245                                                 RHS.getConstant())))
 246           if (Res->isOne())
 247             return false;
 248
 249         return markOverdefined();
 250       }
 251
 252       if (RHS.isNotConstant()) {
 253         if (Val == RHS.Val)
 254           return false;
 255         return markOverdefined();
 256       }
 257
 258       return markOverdefined();
 259     }
 260
 261     assert(isConstantRange() && "New LVILattice type?");
 262     if (!RHS.isConstantRange())
 263       return markOverdefined();
 264
 265     ConstantRange NewR = Range.unionWith(RHS.getConstantRange());
 266     if (NewR.isFullSet())
 267       return markOverdefined();
 268     return markConstantRange(NewR);
 269   }
 270 };
 271
 272 } // end anonymous namespace.
 273
 274 namespace llvm {
 275 raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const LVILatticeVal &Val)
 276     LLVM_ATTRIBUTE_USED;
 277 raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const LVILatticeVal &Val) {
 278   if (Val.isUndefined())
 279     return OS << "undefined";
 280   if (Val.isOverdefined())
 281     return OS << "overdefined";
 282
 283   if (Val.isNotConstant())
 284     return OS << "notconstant<" << *Val.getNotConstant() << '>';
 285   else if (Val.isConstantRange())
 286     return OS << "constantrange<" << Val.getConstantRange().getLower() << ", "
 287               << Val.getConstantRange().getUpper() << '>';
 288   return OS << "constant<" << *Val.getConstant() << '>';
 289 }
 290 }
 291
 292 //===----------------------------------------------------------------------===//
 293 //                          LazyValueInfoCache Decl
 294 //===----------------------------------------------------------------------===//
 295
 296 namespace {
 297   /// LVIValueHandle - A callback value handle update the cache when
 298   /// values are erased.
 299   class LazyValueInfoCache;
 300   struct LVIValueHandle : public CallbackVH {
 301     LazyValueInfoCache *Parent;
 302
 303     LVIValueHandle(Value *V, LazyValueInfoCache *P)
 304       : CallbackVH(V), Parent(P) { }
 305
 306     void deleted();
 307     void allUsesReplacedWith(Value *V) {
 308       deleted();
 309     }
 310   };
 311 }
 312
 313 namespace {
 314   /// LazyValueInfoCache - This is the cache kept by LazyValueInfo which
 315   /// maintains information about queries across the clients' queries.
 316   class LazyValueInfoCache {
 317     /// ValueCacheEntryTy - This is all of the cached block information for
 318     /// exactly one Value*.  The entries are sorted by the BasicBlock* of the
 319     /// entries, allowing us to do a lookup with a binary search.
 320     typedef std::map<AssertingVH<BasicBlock>, LVILatticeVal> ValueCacheEntryTy;
 321
 322     /// ValueCache - This is all of the cached information for all values,
 323     /// mapped from Value* to key information.
 324     std::map<LVIValueHandle, ValueCacheEntryTy> ValueCache;
 325
 326     /// OverDefinedCache - This tracks, on a per-block basis, the set of
 327     /// values that are over-defined at the end of that block.  This is required
 328     /// for cache updating.
 329     typedef std::pair<AssertingVH<BasicBlock>, Value*> OverDefinedPairTy;
 330     DenseSet<OverDefinedPairTy> OverDefinedCache;
 331
 332     /// SeenBlocks - Keep track of all blocks that we have ever seen, so we
 333     /// don't spend time removing unused blocks from our caches.
 334     DenseSet<AssertingVH<BasicBlock> > SeenBlocks;
 335
 336     /// BlockValueStack - This stack holds the state of the value solver
 337     /// during a query.  It basically emulates the callstack of the naive
 338     /// recursive value lookup process.
 339     std::stack<std::pair<BasicBlock*, Value*> > BlockValueStack;
 340
 341     friend struct LVIValueHandle;
 342
 343     /// OverDefinedCacheUpdater - A helper object that ensures that the
 344     /// OverDefinedCache is updated whenever solveBlockValue returns.
 345     struct OverDefinedCacheUpdater {
 346       LazyValueInfoCache *Parent;
 347       Value *Val;
 348       BasicBlock *BB;
 349       LVILatticeVal &BBLV;
 350
 351       OverDefinedCacheUpdater(Value *V, BasicBlock *B, LVILatticeVal &LV,
 352                        LazyValueInfoCache *P)
 353         : Parent(P), Val(V), BB(B), BBLV(LV) { }
 354
 355       bool markResult(bool changed) {
 356         if (changed && BBLV.isOverdefined())
 357           Parent->OverDefinedCache.insert(std::make_pair(BB, Val));
 358         return changed;
 359       }
 360     };
 361
 362
 363
 364     LVILatticeVal getBlockValue(Value *Val, BasicBlock *BB);
 365     bool getEdgeValue(Value *V, BasicBlock *F, BasicBlock *T,
 366                       LVILatticeVal &Result);
 367     bool hasBlockValue(Value *Val, BasicBlock *BB);
 368
 369     // These methods process one work item and may add more. A false value
 370     // returned means that the work item was not completely processed and must
 371     // be revisited after going through the new items.
 372     bool solveBlockValue(Value *Val, BasicBlock *BB);
 373     bool solveBlockValueNonLocal(LVILatticeVal &BBLV,
 374                                  Value *Val, BasicBlock *BB);
 375     bool solveBlockValuePHINode(LVILatticeVal &BBLV,
 376                                 PHINode *PN, BasicBlock *BB);
 377     bool solveBlockValueConstantRange(LVILatticeVal &BBLV,
 378                                       Instruction *BBI, BasicBlock *BB);
 379
 380     void solve();
 381
 382     ValueCacheEntryTy &lookup(Value *V) {
 383       return ValueCache[LVIValueHandle(V, this)];
 384     }
 385
 386   public:
 387     /// getValueInBlock - This is the query interface to determine the lattice
 388     /// value for the specified Value* at the end of the specified block.
 389     LVILatticeVal getValueInBlock(Value *V, BasicBlock *BB);
 390
 391     /// getValueOnEdge - This is the query interface to determine the lattice
 392     /// value for the specified Value* that is true on the specified edge.
 393     LVILatticeVal getValueOnEdge(Value *V, BasicBlock *FromBB,BasicBlock *ToBB);
 394
 395     /// threadEdge - This is the update interface to inform the cache that an
 396     /// edge from PredBB to OldSucc has been threaded to be from PredBB to
 397     /// NewSucc.
 398     void threadEdge(BasicBlock *PredBB,BasicBlock *OldSucc,BasicBlock *NewSucc);
 399
 400     /// eraseBlock - This is part of the update interface to inform the cache
 401     /// that a block has been deleted.
 402     void eraseBlock(BasicBlock *BB);
 403
 404     /// clear - Empty the cache.
 405     void clear() {
 406       SeenBlocks.clear();
 407       ValueCache.clear();
 408       OverDefinedCache.clear();
 409     }
 410   };
 411 } // end anonymous namespace
 412
 413 void LVIValueHandle::deleted() {
 414   typedef std::pair<AssertingVH<BasicBlock>, Value*> OverDefinedPairTy;
 415
 416   SmallVector<OverDefinedPairTy, 4> ToErase;
 417   for (DenseSet<OverDefinedPairTy>::iterator
 418        I = Parent->OverDefinedCache.begin(),
 419        E = Parent->OverDefinedCache.end();
 420        I != E; ++I) {
 421     if (I->second == getValPtr())
 422       ToErase.push_back(*I);
 423   }
 424
 425   for (SmallVector<OverDefinedPairTy, 4>::iterator I = ToErase.begin(),
 426        E = ToErase.end(); I != E; ++I)
 427     Parent->OverDefinedCache.erase(*I);
 428
 429   // This erasure deallocates *this, so it MUST happen after we're done
 430   // using any and all members of *this.
 431   Parent->ValueCache.erase(*this);
 432 }
 433
 434 void LazyValueInfoCache::eraseBlock(BasicBlock *BB) {
 435   // Shortcut if we have never seen this block.
 436   DenseSet<AssertingVH<BasicBlock> >::iterator I = SeenBlocks.find(BB);
 437   if (I == SeenBlocks.end())
 438     return;
 439   SeenBlocks.erase(I);
 440
 441   SmallVector<OverDefinedPairTy, 4> ToErase;
 442   for (DenseSet<OverDefinedPairTy>::iterator  I = OverDefinedCache.begin(),
 443        E = OverDefinedCache.end(); I != E; ++I) {
 444     if (I->first == BB)
 445       ToErase.push_back(*I);
 446   }
 447
 448   for (SmallVector<OverDefinedPairTy, 4>::iterator I = ToErase.begin(),
 449        E = ToErase.end(); I != E; ++I)
 450     OverDefinedCache.erase(*I);
 451
 452   for (std::map<LVIValueHandle, ValueCacheEntryTy>::iterator
 453        I = ValueCache.begin(), E = ValueCache.end(); I != E; ++I)
 454     I->second.erase(BB);
 455 }
 456
 457 void LazyValueInfoCache::solve() {
 458   while (!BlockValueStack.empty()) {
 459     std::pair<BasicBlock*, Value*> &e = BlockValueStack.top();
 460     if (solveBlockValue(e.second, e.first)) {
 461       assert(BlockValueStack.top() == e);
 462       BlockValueStack.pop();
 463     }
 464   }
 465 }
 466
 467 bool LazyValueInfoCache::hasBlockValue(Value *Val, BasicBlock *BB) {
 468   // If already a constant, there is nothing to compute.
 469   if (isa<Constant>(Val))
 470     return true;
 471
 472   LVIValueHandle ValHandle(Val, this);
 473   if (!ValueCache.count(ValHandle)) return false;
 474   return ValueCache[ValHandle].count(BB);
 475 }
 476
 477 LVILatticeVal LazyValueInfoCache::getBlockValue(Value *Val, BasicBlock *BB) {
 478   // If already a constant, there is nothing to compute.
 479   if (Constant *VC = dyn_cast<Constant>(Val))
 480     return LVILatticeVal::get(VC);
 481
 482   SeenBlocks.insert(BB);
 483   return lookup(Val)[BB];
 484 }
 485
 486 bool LazyValueInfoCache::solveBlockValue(Value *Val, BasicBlock *BB) {
 487   if (isa<Constant>(Val))
 488     return true;
 489
 490   ValueCacheEntryTy &Cache = lookup(Val);
 491   SeenBlocks.insert(BB);
 492   LVILatticeVal &BBLV = Cache[BB];
 493
 494   // OverDefinedCacheUpdater is a helper object that will update
 495   // the OverDefinedCache for us when this method exits.  Make sure to
 496   // call markResult on it as we exist, passing a bool to indicate if the
 497   // cache needs updating, i.e. if we have solve a new value or not.
 498   OverDefinedCacheUpdater ODCacheUpdater(Val, BB, BBLV, this);
 499
 500   // If we've already computed this block's value, return it.
 501   if (!BBLV.isUndefined()) {
 502     DEBUG(dbgs() << "  reuse BB '" << BB->getName() << "' val=" << BBLV <<'\n');
 503
 504     // Since we're reusing a cached value here, we don't need to update the
 505     // OverDefinedCahce.  The cache will have been properly updated
 506     // whenever the cached value was inserted.
 507     ODCacheUpdater.markResult(false);
 508     return true;
 509   }
 510
 511   // Otherwise, this is the first time we're seeing this block.  Reset the
 512   // lattice value to overdefined, so that cycles will terminate and be
 513   // conservatively correct.
 514   BBLV.markOverdefined();
 515
 516   Instruction *BBI = dyn_cast<Instruction>(Val);
 517   if (BBI == 0 || BBI->getParent() != BB) {
 518     return ODCacheUpdater.markResult(solveBlockValueNonLocal(BBLV, Val, BB));
 519   }
 520
 521   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
 522     return ODCacheUpdater.markResult(solveBlockValuePHINode(BBLV, PN, BB));
 523   }
 524
 525   if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(BBI)) {
 526     BBLV = LVILatticeVal::getNot(ConstantPointerNull::get(AI->getType()));
 527     return ODCacheUpdater.markResult(true);
 528   }
 529
 530   // We can only analyze the definitions of certain classes of instructions
 531   // (integral binops and casts at the moment), so bail if this isn't one.
 532   LVILatticeVal Result;
 533   if ((!isa<BinaryOperator>(BBI) && !isa<CastInst>(BBI)) ||
 534      !BBI->getType()->isIntegerTy()) {
 535     DEBUG(dbgs() << " compute BB '" << BB->getName()
 536                  << "' - overdefined because inst def found.\n");
 537     BBLV.markOverdefined();
 538     return ODCacheUpdater.markResult(true);
 539   }
 540
 541   // FIXME: We're currently limited to binops with a constant RHS.  This should
 542   // be improved.
 543   BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(BBI);
 544   if (BO && !isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
 545     DEBUG(dbgs() << " compute BB '" << BB->getName()
 546                  << "' - overdefined because inst def found.\n");
 547
 548     BBLV.markOverdefined();
 549     return ODCacheUpdater.markResult(true);
 550   }
 551
 552   return ODCacheUpdater.markResult(solveBlockValueConstantRange(BBLV, BBI, BB));
 553 }
 554
 555 static bool InstructionDereferencesPointer(Instruction *I, Value *Ptr) {
 556   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
 557     return L->getPointerAddressSpace() == 0 &&
 558         GetUnderlyingObject(L->getPointerOperand()) ==
 559         GetUnderlyingObject(Ptr);
 560   }
 561   if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
 562     return S->getPointerAddressSpace() == 0 &&
 563         GetUnderlyingObject(S->getPointerOperand()) ==
 564         GetUnderlyingObject(Ptr);
 565   }
 566   if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I)) {
 567     if (MI->isVolatile()) return false;
 568
 569     // FIXME: check whether it has a valuerange that excludes zero?
 570     ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
 571     if (!Len || Len->isZero()) return false;
 572
 573     if (MI->getDestAddressSpace() == 0)
 574       if (MI->getRawDest() == Ptr || MI->getDest() == Ptr)
 575         return true;
 576     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI))
 577       if (MTI->getSourceAddressSpace() == 0)
 578         if (MTI->getRawSource() == Ptr || MTI->getSource() == Ptr)
 579           return true;
 580   }
 581   return false;
 582 }
 583
 584 bool LazyValueInfoCache::solveBlockValueNonLocal(LVILatticeVal &BBLV,
 585                                                  Value *Val, BasicBlock *BB) {
 586   LVILatticeVal Result;  // Start Undefined.
 587
 588   // If this is a pointer, and there's a load from that pointer in this BB,
 589   // then we know that the pointer can't be NULL.
 590   bool NotNull = false;
 591   if (Val->getType()->isPointerTy()) {
 592     if (isa<AllocaInst>(Val)) {
 593       NotNull = true;
 594     } else {
 595       for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end();BI != BE;++BI){
 596         if (InstructionDereferencesPointer(BI, Val)) {
 597           NotNull = true;
 598           break;
 599         }
 600       }
 601     }
 602   }
 603
 604   // If this is the entry block, we must be asking about an argument.  The
 605   // value is overdefined.
 606   if (BB == &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
 607     assert(isa<Argument>(Val) && "Unknown live-in to the entry block");
 608     if (NotNull) {
 609       PointerType *PTy = cast<PointerType>(Val->getType());
 610       Result = LVILatticeVal::getNot(ConstantPointerNull::get(PTy));
 611     } else {
 612       Result.markOverdefined();
 613     }
 614     BBLV = Result;
 615     return true;
 616   }
 617
 618   // Loop over all of our predecessors, merging what we know from them into
 619   // result.
 620   bool EdgesMissing = false;
 621   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
 622     LVILatticeVal EdgeResult;
 623     EdgesMissing |= !getEdgeValue(Val, *PI, BB, EdgeResult);
 624     if (EdgesMissing)
 625       continue;
 626
 627     Result.mergeIn(EdgeResult);
 628
 629     // If we hit overdefined, exit early.  The BlockVals entry is already set
 630     // to overdefined.
 631     if (Result.isOverdefined()) {
 632       DEBUG(dbgs() << " compute BB '" << BB->getName()
 633             << "' - overdefined because of pred.\n");
 634       // If we previously determined that this is a pointer that can't be null
 635       // then return that rather than giving up entirely.
 636       if (NotNull) {
 637         PointerType *PTy = cast<PointerType>(Val->getType());
 638         Result = LVILatticeVal::getNot(ConstantPointerNull::get(PTy));
 639       }
 640
 641       BBLV = Result;
 642       return true;
 643     }
 644   }
 645   if (EdgesMissing)
 646     return false;
 647
 648   // Return the merged value, which is more precise than 'overdefined'.
 649   assert(!Result.isOverdefined());
 650   BBLV = Result;
 651   return true;
 652 }
 653
 654 bool LazyValueInfoCache::solveBlockValuePHINode(LVILatticeVal &BBLV,
 655                                                 PHINode *PN, BasicBlock *BB) {
 656   LVILatticeVal Result;  // Start Undefined.
 657
 658   // Loop over all of our predecessors, merging what we know from them into
 659   // result.
 660   bool EdgesMissing = false;
 661   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
 662     BasicBlock *PhiBB = PN->getIncomingBlock(i);
 663     Value *PhiVal = PN->getIncomingValue(i);
 664     LVILatticeVal EdgeResult;
 665     EdgesMissing |= !getEdgeValue(PhiVal, PhiBB, BB, EdgeResult);
 666     if (EdgesMissing)
 667       continue;
 668
 669     Result.mergeIn(EdgeResult);
 670
 671     // If we hit overdefined, exit early.  The BlockVals entry is already set
 672     // to overdefined.
 673     if (Result.isOverdefined()) {
 674       DEBUG(dbgs() << " compute BB '" << BB->getName()
 675             << "' - overdefined because of pred.\n");
 676
 677       BBLV = Result;
 678       return true;
 679     }
 680   }
 681   if (EdgesMissing)
 682     return false;
 683
 684   // Return the merged value, which is more precise than 'overdefined'.
 685   assert(!Result.isOverdefined() && "Possible PHI in entry block?");
 686   BBLV = Result;
 687   return true;
 688 }
 689
 690 bool LazyValueInfoCache::solveBlockValueConstantRange(LVILatticeVal &BBLV,
 691                                                       Instruction *BBI,
 692                                                       BasicBlock *BB) {
 693   // Figure out the range of the LHS.  If that fails, bail.
 694   if (!hasBlockValue(BBI->getOperand(0), BB)) {
 695     BlockValueStack.push(std::make_pair(BB, BBI->getOperand(0)));
 696     return false;
 697   }
 698
 699   LVILatticeVal LHSVal = getBlockValue(BBI->getOperand(0), BB);
 700   if (!LHSVal.isConstantRange()) {
 701     BBLV.markOverdefined();
 702     return true;
 703   }
 704
 705   ConstantRange LHSRange = LHSVal.getConstantRange();
 706   ConstantRange RHSRange(1);
 707   IntegerType *ResultTy = cast<IntegerType>(BBI->getType());
 708   if (isa<BinaryOperator>(BBI)) {
 709     if (ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(BBI->getOperand(1))) {
 710       RHSRange = ConstantRange(RHS->getValue());
 711     } else {
 712       BBLV.markOverdefined();
 713       return true;
 714     }
 715   }
 716
 717   // NOTE: We're currently limited by the set of operations that ConstantRange
 718   // can evaluate symbolically.  Enhancing that set will allows us to analyze
 719   // more definitions.
 720   LVILatticeVal Result;
 721   switch (BBI->getOpcode()) {
 722   case Instruction::Add:
 723     Result.markConstantRange(LHSRange.add(RHSRange));
 724     break;
 725   case Instruction::Sub:
 726     Result.markConstantRange(LHSRange.sub(RHSRange));
 727     break;
 728   case Instruction::Mul:
 729     Result.markConstantRange(LHSRange.multiply(RHSRange));
 730     break;
 731   case Instruction::UDiv:
 732     Result.markConstantRange(LHSRange.udiv(RHSRange));
 733     break;
 734   case Instruction::Shl:
 735     Result.markConstantRange(LHSRange.shl(RHSRange));
 736     break;
 737   case Instruction::LShr:
 738     Result.markConstantRange(LHSRange.lshr(RHSRange));
 739     break;
 740   case Instruction::Trunc:
 741     Result.markConstantRange(LHSRange.truncate(ResultTy->getBitWidth()));
 742     break;
 743   case Instruction::SExt:
 744     Result.markConstantRange(LHSRange.signExtend(ResultTy->getBitWidth()));
 745     break;
 746   case Instruction::ZExt:
 747     Result.markConstantRange(LHSRange.zeroExtend(ResultTy->getBitWidth()));
 748     break;
 749   case Instruction::BitCast:
 750     Result.markConstantRange(LHSRange);
 751     break;
 752   case Instruction::And:
 753     Result.markConstantRange(LHSRange.binaryAnd(RHSRange));
 754     break;
 755   case Instruction::Or:
 756     Result.markConstantRange(LHSRange.binaryOr(RHSRange));
 757     break;
 758
 759   // Unhandled instructions are overdefined.
 760   default:
 761     DEBUG(dbgs() << " compute BB '" << BB->getName()
 762                  << "' - overdefined because inst def found.\n");
 763     Result.markOverdefined();
 764     break;
 765   }
 766
 767   BBLV = Result;
 768   return true;
 769 }
 770
 771 /// \brief Compute the value of Val on the edge BBFrom -> BBTo. Returns false if
 772 /// Val is not constrained on the edge.
 773 static bool getEdgeValueLocal(Value *Val, BasicBlock *BBFrom,
 774                               BasicBlock *BBTo, LVILatticeVal &Result) {
 775   // TODO: Handle more complex conditionals.  If (v == 0 || v2 < 1) is false, we
 776   // know that v != 0.
 777   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BBFrom->getTerminator())) {
 778     // If this is a conditional branch and only one successor goes to BBTo, then
 779     // we maybe able to infer something from the condition.
 780     if (BI->isConditional() &&
 781         BI->getSuccessor(0) != BI->getSuccessor(1)) {
 782       bool isTrueDest = BI->getSuccessor(0) == BBTo;
 783       assert(BI->getSuccessor(!isTrueDest) == BBTo &&
 784              "BBTo isn't a successor of BBFrom");
 785
 786       // If V is the condition of the branch itself, then we know exactly what
 787       // it is.
 788       if (BI->getCondition() == Val) {
 789         Result = LVILatticeVal::get(ConstantInt::get(
 790                               Type::getInt1Ty(Val->getContext()), isTrueDest));
 791         return true;
 792       }
 793
 794       // If the condition of the branch is an equality comparison, we may be
 795       // able to infer the value.
 796       ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
 797       if (ICI && isa<Constant>(ICI->getOperand(1))) {
 798         if (ICI->isEquality() && ICI->getOperand(0) == Val) {
 799           // We know that V has the RHS constant if this is a true SETEQ or
 800           // false SETNE.
 801           if (isTrueDest == (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ))
 802             Result = LVILatticeVal::get(cast<Constant>(ICI->getOperand(1)));
 803           else
 804             Result = LVILatticeVal::getNot(cast<Constant>(ICI->getOperand(1)));
 805           return true;
 806         }
 807
 808         // Recognize the range checking idiom that InstCombine produces.
 809         // (X-C1) u< C2 --> [C1, C1+C2)
 810         ConstantInt *NegOffset = 0;
 811         if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_ULT)
 812           match(ICI->getOperand(0), m_Add(m_Specific(Val),
 813                                           m_ConstantInt(NegOffset)));
 814
 815         ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
 816         if (CI && (ICI->getOperand(0) == Val || NegOffset)) {
 817           // Calculate the range of values that would satisfy the comparison.
 818           ConstantRange CmpRange(CI->getValue());
 819           ConstantRange TrueValues =
 820             ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(), CmpRange);
 821
 822           if (NegOffset) // Apply the offset from above.
 823             TrueValues = TrueValues.subtract(NegOffset->getValue());
 824
 825           // If we're interested in the false dest, invert the condition.
 826           if (!isTrueDest) TrueValues = TrueValues.inverse();
 827
 828           Result = LVILatticeVal::getRange(TrueValues);
 829           return true;
 830         }
 831       }
 832     }
 833   }
 834
 835   // If the edge was formed by a switch on the value, then we may know exactly
 836   // what it is.
 837   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BBFrom->getTerminator())) {
 838     if (SI->getCondition() == Val) {
 839       // We don't know anything in the default case.
 840       if (SI->getDefaultDest() == BBTo) {
 841         Result.markOverdefined();
 842         return true;
 843       }
 844
 845       unsigned BitWidth = Val->getType()->getIntegerBitWidth();
 846       ConstantRange EdgesVals(BitWidth, false/*isFullSet*/);
 847       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
 848            i != e; ++i) {
 849         if (i.getCaseSuccessor() != BBTo) continue;
 850         ConstantRange EdgeVal(i.getCaseValue()->getValue());
 851         EdgesVals = EdgesVals.unionWith(EdgeVal);
 852       }
 853       Result = LVILatticeVal::getRange(EdgesVals);
 854       return true;
 855     }
 856   }
 857   return false;
 858 }
 859
 860 /// \brief Compute the value of Val on the edge BBFrom -> BBTo, or the value at
 861 /// the basic block if the edge does not constraint Val.
 862 bool LazyValueInfoCache::getEdgeValue(Value *Val, BasicBlock *BBFrom,
 863                                       BasicBlock *BBTo, LVILatticeVal &Result) {
 864   // If already a constant, there is nothing to compute.
 865   if (Constant *VC = dyn_cast<Constant>(Val)) {
 866     Result = LVILatticeVal::get(VC);
 867     return true;
 868   }
 869
 870   if (getEdgeValueLocal(Val, BBFrom, BBTo, Result)) {
 871     if (!Result.isConstantRange() ||
 872       Result.getConstantRange().getSingleElement())
 873       return true;
 874
 875     // FIXME: this check should be moved to the beginning of the function when
 876     // LVI better supports recursive values. Even for the single value case, we
 877     // can intersect to detect dead code (an empty range).
 878     if (!hasBlockValue(Val, BBFrom)) {
 879       BlockValueStack.push(std::make_pair(BBFrom, Val));
 880       return false;
 881     }
 882
 883     // Try to intersect ranges of the BB and the constraint on the edge.
 884     LVILatticeVal InBlock = getBlockValue(Val, BBFrom);
 885     if (!InBlock.isConstantRange())
 886       return true;
 887
 888     ConstantRange Range =
 889       Result.getConstantRange().intersectWith(InBlock.getConstantRange());
 890     Result = LVILatticeVal::getRange(Range);
 891     return true;
 892   }
 893
 894   if (!hasBlockValue(Val, BBFrom)) {
 895     BlockValueStack.push(std::make_pair(BBFrom, Val));
 896     return false;
 897   }
 898
 899   // if we couldn't compute the value on the edge, use the value from the BB
 900   Result = getBlockValue(Val, BBFrom);
 901   return true;
 902 }
 903
 904 LVILatticeVal LazyValueInfoCache::getValueInBlock(Value *V, BasicBlock *BB) {
 905   DEBUG(dbgs() << "LVI Getting block end value " << *V << " at '"
 906         << BB->getName() << "'\n");
 907
 908   BlockValueStack.push(std::make_pair(BB, V));
 909   solve();
 910   LVILatticeVal Result = getBlockValue(V, BB);
 911
 912   DEBUG(dbgs() << "  Result = " << Result << "\n");
 913   return Result;
 914 }
 915
 916 LVILatticeVal LazyValueInfoCache::
 917 getValueOnEdge(Value *V, BasicBlock *FromBB, BasicBlock *ToBB) {
 918   DEBUG(dbgs() << "LVI Getting edge value " << *V << " from '"
 919         << FromBB->getName() << "' to '" << ToBB->getName() << "'\n");
 920
 921   LVILatticeVal Result;
 922   if (!getEdgeValue(V, FromBB, ToBB, Result)) {
 923     solve();
 924     bool WasFastQuery = getEdgeValue(V, FromBB, ToBB, Result);
 925     (void)WasFastQuery;
 926     assert(WasFastQuery && "More work to do after problem solved?");
 927   }
 928
 929   DEBUG(dbgs() << "  Result = " << Result << "\n");
 930   return Result;
 931 }
 932
 933 void LazyValueInfoCache::threadEdge(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *OldSucc,
 934                                     BasicBlock *NewSucc) {
 935   // When an edge in the graph has been threaded, values that we could not
 936   // determine a value for before (i.e. were marked overdefined) may be possible
 937   // to solve now.  We do NOT try to proactively update these values.  Instead,
 938   // we clear their entries from the cache, and allow lazy updating to recompute
 939   // them when needed.
 940
 941   // The updating process is fairly simple: we need to dropped cached info
 942   // for all values that were marked overdefined in OldSucc, and for those same
 943   // values in any successor of OldSucc (except NewSucc) in which they were
 944   // also marked overdefined.
 945   std::vector<BasicBlock*> worklist;
 946   worklist.push_back(OldSucc);
 947
 948   DenseSet<Value*> ClearSet;
 949   for (DenseSet<OverDefinedPairTy>::iterator I = OverDefinedCache.begin(),
 950        E = OverDefinedCache.end(); I != E; ++I) {
 951     if (I->first == OldSucc)
 952       ClearSet.insert(I->second);
 953   }
 954
 955   // Use a worklist to perform a depth-first search of OldSucc's successors.
 956   // NOTE: We do not need a visited list since any blocks we have already
 957   // visited will have had their overdefined markers cleared already, and we
 958   // thus won't loop to their successors.
 959   while (!worklist.empty()) {
 960     BasicBlock *ToUpdate = worklist.back();
 961     worklist.pop_back();
 962
 963     // Skip blocks only accessible through NewSucc.
 964     if (ToUpdate == NewSucc) continue;
 965
 966     bool changed = false;
 967     for (DenseSet<Value*>::iterator I = ClearSet.begin(), E = ClearSet.end();
 968          I != E; ++I) {
 969       // If a value was marked overdefined in OldSucc, and is here too...
 970       DenseSet<OverDefinedPairTy>::iterator OI =
 971         OverDefinedCache.find(std::make_pair(ToUpdate, *I));
 972       if (OI == OverDefinedCache.end()) continue;
 973
 974       // Remove it from the caches.
 975       ValueCacheEntryTy &Entry = ValueCache[LVIValueHandle(*I, this)];
 976       ValueCacheEntryTy::iterator CI = Entry.find(ToUpdate);
 977
 978       assert(CI != Entry.end() && "Couldn't find entry to update?");
 979       Entry.erase(CI);
 980       OverDefinedCache.erase(OI);
 981
 982       // If we removed anything, then we potentially need to update
 983       // blocks successors too.
 984       changed = true;
 985     }
 986
 987     if (!changed) continue;
 988
 989     worklist.insert(worklist.end(), succ_begin(ToUpdate), succ_end(ToUpdate));
 990   }
 991 }
 992
 993 //===----------------------------------------------------------------------===//
 994 //                            LazyValueInfo Impl
 995 //===----------------------------------------------------------------------===//
 996
 997 /// getCache - This lazily constructs the LazyValueInfoCache.
 998 static LazyValueInfoCache &getCache(void *&PImpl) {
 999   if (!PImpl)
1000     PImpl = new LazyValueInfoCache();
1001   return *static_cast<LazyValueInfoCache*>(PImpl);
1002 }
1003
1004 bool LazyValueInfo::runOnFunction(Function &F) {
1005   if (PImpl)
1006     getCache(PImpl).clear();
1007
1008   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1009   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
1010
1011   // Fully lazy.
1012   return false;
1013 }
1014
1015 void LazyValueInfo::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1016   AU.setPreservesAll();
1017   AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
1018 }
1019
1020 void LazyValueInfo::releaseMemory() {
1021   // If the cache was allocated, free it.
1022   if (PImpl) {
1023     delete &getCache(PImpl);
1024     PImpl = 0;
1025   }
1026 }
1027
1028 Constant *LazyValueInfo::getConstant(Value *V, BasicBlock *BB) {
1029   LVILatticeVal Result = getCache(PImpl).getValueInBlock(V, BB);
1030
1031   if (Result.isConstant())
1032     return Result.getConstant();
1033   if (Result.isConstantRange()) {
1034     ConstantRange CR = Result.getConstantRange();
1035     if (const APInt *SingleVal = CR.getSingleElement())
1036       return ConstantInt::get(V->getContext(), *SingleVal);
1037   }
1038   return 0;
1039 }
1040
1041 /// getConstantOnEdge - Determine whether the specified value is known to be a
1042 /// constant on the specified edge.  Return null if not.
1043 Constant *LazyValueInfo::getConstantOnEdge(Value *V, BasicBlock *FromBB,
1044                                            BasicBlock *ToBB) {
1045   LVILatticeVal Result = getCache(PImpl).getValueOnEdge(V, FromBB, ToBB);
1046
1047   if (Result.isConstant())
1048     return Result.getConstant();
1049   if (Result.isConstantRange()) {
1050     ConstantRange CR = Result.getConstantRange();
1051     if (const APInt *SingleVal = CR.getSingleElement())
1052       return ConstantInt::get(V->getContext(), *SingleVal);
1053   }
1054   return 0;
1055 }
1056
1057 /// getPredicateOnEdge - Determine whether the specified value comparison
1058 /// with a constant is known to be true or false on the specified CFG edge.
1059 /// Pred is a CmpInst predicate.
1060 LazyValueInfo::Tristate
1061 LazyValueInfo::getPredicateOnEdge(unsigned Pred, Value *V, Constant *C,
1062                                   BasicBlock *FromBB, BasicBlock *ToBB) {
1063   LVILatticeVal Result = getCache(PImpl).getValueOnEdge(V, FromBB, ToBB);
1064
1065   // If we know the value is a constant, evaluate the conditional.
1066   Constant *Res = 0;
1067   if (Result.isConstant()) {
1068     Res = ConstantFoldCompareInstOperands(Pred, Result.getConstant(), C, TD,
1069                                           TLI);
1070     if (ConstantInt *ResCI = dyn_cast<ConstantInt>(Res))
1071       return ResCI->isZero() ? False : True;
1072     return Unknown;
1073   }
1074
1075   if (Result.isConstantRange()) {
1076     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(C);
1077     if (!CI) return Unknown;
1078
1079     ConstantRange CR = Result.getConstantRange();
1080     if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ) {
1081       if (!CR.contains(CI->getValue()))
1082         return False;
1083
1084       if (CR.isSingleElement() && CR.contains(CI->getValue()))
1085         return True;
1086     } else if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE) {
1087       if (!CR.contains(CI->getValue()))
1088         return True;
1089
1090       if (CR.isSingleElement() && CR.contains(CI->getValue()))
1091         return False;
1092     }
1093
1094     // Handle more complex predicates.
1095     ConstantRange TrueValues =
1096         ICmpInst::makeConstantRange((ICmpInst::Predicate)Pred, CI->getValue());
1097     if (TrueValues.contains(CR))
1098       return True;
1099     if (TrueValues.inverse().contains(CR))
1100       return False;
1101     return Unknown;
1102   }
1103
1104   if (Result.isNotConstant()) {
1105     // If this is an equality comparison, we can try to fold it knowing that
1106     // "V != C1".
1107     if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ) {
1108       // !C1 == C -> false iff C1 == C.
1109       Res = ConstantFoldCompareInstOperands(ICmpInst::ICMP_NE,
1110                                             Result.getNotConstant(), C, TD,
1111                                             TLI);
1112       if (Res->isNullValue())
1113         return False;
1114     } else if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE) {
1115       // !C1 != C -> true iff C1 == C.
1116       Res = ConstantFoldCompareInstOperands(ICmpInst::ICMP_NE,
1117                                             Result.getNotConstant(), C, TD,
1118                                             TLI);
1119       if (Res->isNullValue())
1120         return True;
1121     }
1122     return Unknown;
1123   }
1124
1125   return Unknown;
1126 }
1127
1128 void LazyValueInfo::threadEdge(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *OldSucc,
1129                                BasicBlock *NewSucc) {
1130   if (PImpl) getCache(PImpl).threadEdge(PredBB, OldSucc, NewSucc);
1131 }
1132
1133 void LazyValueInfo::eraseBlock(BasicBlock *BB) {
1134   if (PImpl) getCache(PImpl).eraseBlock(BB);
1135 }